Hidraulia II Geometria Canales
Hidraulia II Geometria Canales
Hidraulia II Geometria Canales
2016
Canales abiertos
Se define: Como un sistema de flujo donde la superficie superior del fluido está
expuesta a la atmósfera, como las canaletas pluviales en los edificios, ríos y
corrientes naturales y los canales construidos para drena fluidos en forma
controlada
Un canal es una estructura natural o artificial que conduce un líquido valiéndose
única y exclusivamente de la acción de la fuerza de gravedad y Se caracteriza
por presentar una superficie horizontal del fluido expuesta a la presión
atmosférica, conocida como superficie libre
Sección 3
Sección 5
Sección 2 Sección 3
Sección 6
CANAL TRAPEZOIDAL
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7
Elementos geométricos de la sección transversal
de un canal
donde:
y = tirante de agua, altura que el agua
adquiere en la sección transversal
b = base del canal o ancho de solera
T = espejo de agua o superficie libre de agua
H = profundidad total del canal
H-y = borde libre C = ancho de corona
θ = ángulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal
Un canal abierto presenta las siguientes características
físico-hidráulicas en función del flujo que transporta y de
la sección geométrica del canal:
a) Tirante, y. Es la distancia vertical desde el punto más bajo de la plantilla del canal
hasta la superficie libre del líquido transportado.
b) Tirante normal, d. Es la profundidad del fluido normal a la dirección del flujo. En un
canal con una pendiente θ, el tirante hidráulico es igual al tirante hidráulico normal
dividido por cos• θ.
c) Ancho superficial, T ó B. Es el ancho del canal a la altura en la cual se presenta la
superficie libre del fluido.
d) Área hidráulica, A. Es el área transversal del fluido normal a la dirección del flujo.
e) Perímetro mojado, P. Es la longitud de la línea que se forma al intersectar el área
hidráulica con la geometría del canal en dirección normal al sentido del flujo
f) Radio hidráulico, R. Es la relación entre el área hidráulica y su perímetro mojado:
R = A/P (1.1)
g) Tirante hidráulico, D. Es la relación entre el área hidráulica de la sección y el ancho
superficial: D = A/T (1.2)
h) Factor de sección, Z. Es el producto del área hidráulica y la raíz cuadrada del tirante
𝑨
hidráulico: Z = A* 𝑫=A* (1.3)
𝑻
Sección hidráulica del canal
Radio hidráulico y número de Reynolds en el flujo de
canales abiertos
La Velocidad media V se
presenta alrededor del 60% de la
profundidad
DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES
La presión en el canal es
HIDROSTATICA
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EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTRIBUCIÓN
DE PRESIONES
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DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES EN CANALES CON
PENDIENTE FLUJO CONVEXO
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Distribución de Velocidades en una Sección de
Canal
Coeficiente de Coriolis
Coeficiente de Bussinesq
De lo anterior, la ecuación de Bernoulli, para la sección del canal es: 𝑬=
𝑽𝟐
𝒁+𝒚+𝜶∗
𝟐𝒈
Donde Z = 0 (ya que el nivel de referencia es el fondo del canal) obteniéndose
𝑽𝟐
la ecuación de la energía especifica: 𝑬 = 𝒚 + 𝜶 ∗
𝟐𝒈
Mediante la energía específica se pueden resolver los más complejos
problemas de transiciones cortas en las que los efectos de rozamiento son
𝑽𝟐
despreciables. Si consideramos α = 1, se tiene: 𝑬 = 𝒚 +
𝟐𝒈
Pero, de la ecuación de continuidad, para un canal de cualquier forma, se
𝑄 𝑸𝟐
tiene𝑉 = Finalmente tendremos: 𝑬 = 𝒚 +
𝐴 𝟐𝒈𝑨𝟐
Suponiendo que Q es constante y A es función del tirante, la energía
especifica es función únicamente del tirante.
Graficando la última ecuación para un caudal constante , se obtiene una curva
de dos ramas, lo cual se puede apreciar del siguiente análisis:
Las formas más eficientes de los canales abiertos